W głównym trybie rozgrywki Toy Story 3: The Video Game przeżywamy wspólnie ze znanymi bohaterami filmowe przygody, uzupełnione przez twórców o kilka dodatkowych misji. Wcielamy się tu w Buzza i Woody’ego, podejmujących próbę zaradzenia trudnej sytuacji, jaka spotkała zabawki po tym jak Andy – ich prawowity właściciel – wyjechał z miasta w celu kontynuacji nauki na uniwersytecie.

Toy Story 3: The Video Game umożliwia także wzięcie udziału w trybie rozgrywki o nazwie Toy Box. Wcielający się w Buzza lub Woody’ego gracz zwiedza obszerny świat przedstawiony i wykonuje różnego rodzaju zadania zlecane przez zamieszkujące go zabawki. Opcja Toy Box pozwala kreować własne historie i sytuacje, zwiększając tym samym żywotność samej gry.